2006年經教育部批準，上海學院在“天文資料分析與估算化學國家專業實驗室”的基礎上成立“現代天文學與天體化學教育部重點實驗室”，推動天體化學學科、天體測量與天熱科學科學研究的交叉、滲透和發展，產生了一支實力雄厚的學術隊伍，科學研究取得重要突破和進展，服務于國民經濟和國防建設。 2009年通過了教育部組織專家的初步驗收，即將成立“現代天文學與天體化學教育部重點實驗室”。 是目前國外高校唯一的天文學課程教育部重點實驗室，是我國天文學科學研究、人才培養和學術交流的重要基地。 在2015年數學與科學領域教育部重點實驗室評估中被評為“優秀”。
實驗室研究方向的總體考慮是根據當代天文學和天體化學的發展趨勢，結合國家科技發展規劃天文學和天體物理學發展歷史，開展天文學基礎和應用基礎研究重大前沿問題的研究。 在天體化學研究方向，瞄準學科發展前沿，積極參與國際合作與競爭，承擔國家和省級重要科研項目，從事具有重大科學意義的研究工作，獲得原創性科研成果，增強國際競爭力。 在天熱與天體測量研究方向，立足本學科基礎研究，一方面以國家發展目標為導向，承擔航天與國防科研項目； 另一方面，加強與天體化學的交叉融合，發展系外行星系統和高精度天體測量等新興學科。
根據北京大學現有的特色和基礎，包括研究積累、人才優勢和設備條件，實驗室的主要研究方向確定為：（1）高能天體化學，（2）太陽活動區化學， （3）天體化學與宇宙學，（4）非線性天熱、行星系統生成與演化，（5）天體測量與天文參考系統，（6）深空探測與航天器動力學等。
實驗室目前擁有一支學科分布均衡、年齡結構合理的人才梯隊。 總體規模58人，其中常任會員46人，流動人員12人，博士學位獲得者51人。 綜合實力在國外同類學科中名列前茅。 其中中國科學技術大學教授4人，長江學者特聘院士3人，國家杰出青年基金獲得者7人，教育部新世紀優秀人才7人，中組部3人，國家優秀青年基金獲得者2人，江蘇省杰出青年基金獲得者2人。 實驗室中青年骨干組成的研究團隊榮獲首屆國家自然科學基金天文學創新群體基金。
實驗室承擔了多項國家和省部級科研任務，包括“973計劃”及其子項目、國家自然科學基金杰出青年基金項目、杰出青年基金項目、重點項目等，具有近五年平均每年資助1500億元。 在致密星化學、伽馬射線爆發機制、太陽活動機制、銀河系結構、系外行星生成與探測等領域取得重要科學成果。 近10年獲國家自然科學獎二等獎2項天文學和天體物理學發展歷史，教育部自然科學獎銀獎5項，二等獎2項。
實驗室依托上海大學天體化學、天體測量學和天熱科學兩個國家重點學科。 天文學專業被評為國家一級重點學科，也是教育部特色專業、湖南省特色專業。
實驗室是本學科高層次科研人才的重要培養基地和“天文學基礎科學研究和教學人才培養基地”。 每年招收約50名本科生和20名研究生，是國外最大的天文?？粕囵B單位。
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